La construcció definitiva es produeix en la primera meitat del segle XVI, encara que trobem diverses intervencions anteriors (segles XIV-XV) i posteriors (XVII). Després de l’ocupació cristiana es va construir un primer temple, probablement sobre la mesquita islàmica, del qual no es coneix tanmateix cap vestigi encara que seria, a bon segur, d’una nau amb arcs de diafragma i trespol d’enteixat de fusta llaurada. Està documentada una intervenció a mitjan segle XV que correspondria a l’obertura dels braços i dotaria l’església d’una planta de creu llatina. La reforma definitiva (1518-1530) va ser obra de Benet Oger, mestre d’obres original de Lió (França), i responsable, entre altres, de la Col·legiata de Reus. En aquest moment es basteixen les dos voltes dels peus, de rampant redó, una de les quals (la central) reprodueix la traça de les voltes de la Llotja de Mercaders de València. Les dos voltes es sustenten sobre pilastres en forma de soga i helicoïdals d’aresta viva. La magnifica portada renaixentista (1530) és una de les més belles i remarcables del primer Renaixement valencià. Les capelles laterals (cap a 1540) foren obra de Joan de Batea, mestre picapedrer bascfrancés que acabarà residint a Ontinyent. A mitjan segle XIX té lloc una profunda i desafortunada remodelació, amb la relectura estètica del neoclàssic academicista que es va saldar amb el cobriment de les voltes, la destrucció o emmascarament de les pilastres i finestres de pedra picada gòtica. El procés de repristinació a les acaballes dels setanta ha permès descobrir les voltes i endevinar l’aspecte primigeni de les pilastres. El presbiteri o cap d’altar fou construït cap a 1570, encara que reformat a la fi del XVII i tot just davall seu trobem la cripta on es poden apreciar els vasos on eren soterrats els preveres. La sagristia fou edificada entre 1580-1610. La capella de la Puríssima (1662-1692) va ser construïda quasi simultàniament al campanar (des de 1689). En 1666 obté el títol de Reial Capella. Per butla pontifícia d’Alexandre VII, està adscrita perpètuament a la basílica de Sant Joan del Laterà de Roma. L’aspecte actual és fruit de la restauració realitzada per Carlos Tormo, Carlets, a mitjan segle XX. Destaca l’esgrafiat de les parets, la cúpula sense contraforts, les lletanies de les baranes de la cornisa i l’altar. S’hi venera la imatge de la Puríssima, llavorada en argent, patrona de la població des de 1642. Entre els objectes mobles caldria destacar: taula de l’Anunciació, anònim valencià, segona meitat del segle XV; pica gòtica (segle XV) habilitada com a pileta, amb un interessant plafó devocional de taulells (segle XVIII), ambdós en la pujada al campanar; olis de Josep Segrelles (segle XX) en el presbiteri i en el lateral del creuer; un quadre de les ànimes de Nicolau Borràs (segle XVI), que prové de l’antic retaule de l’església de Sant Miquel desaparegut en 1936; magnífica pica baptismal florentina de la segona meitat del XVII; col·lecció pictòrica de Vidal i Tur: obres de Ribalta, Valdés Leal, Vicente López i anònims del XVII; talles del Sant Sepulcre (1943) i La Soledat (1943-1944) de Marià Benlliure. A l’interior de la cripta podem trobar, entre altres, una lapida funerària medieval (segle XV), així com la de Gaspar Blai Arbuixec (segle XVII), doctor en Teologia, prior de la reial ordre de Sant Felip Neri i promotor de la construcció de la capella de la Puríssima. L’església de l’Assumpció de Santa Maria va ser declarada, junt amb el barri de la Vila, Conjunt Històric Artístic Nacional l’any 1974.